航線基本點相關計算軟件的設計與實現

彭建亮，熊超，劉挺君

(中國人民解放軍93995部隊，陜西西安710300)

1 引言

在空中領航領域里，一定的領航計算能力是空中航行指令師必須掌握的一項技能，然而領航計算種類繁多且復雜，傳統的領航計算方法，往往速度稍慢且存在較大人為誤差的風險，尤其對于新員來講存在一定難度[1-3]。在領航學員初上飛機之前，地面演練以航線基本點的工作程序訓練為主，演練時教員要隨機出題自行計算對學員進行測試，計算的速度以及準確性很難保證，且在航空工業快速發展的今天，轉場飛行中在航線上如何準確確定轉彎提前量也是本單位存在的現實問題。

隨著現代移動平臺的迅猛發展，智能手機的普及，方便了人們的生活，逐漸成為人們獲取信息的主要設備。為順應信息潮流，軍隊的信息化建設成為當前建設的重要目標。Android系統占據著移動平臺的較大份額，所以開發適用于Android 用戶日常使用的相關軟件成為現在的一大熱門[4-7]。

針對我部在任務中存在的現實問題，結合所學的相關理論知識和軟件開發知識進行軟件開發，通過手機App即可完成相關的領航計算，使飛行人員能夠快速、簡便、準確地進行領航計算，使領航計算更為便捷高效，進而達到利用時間的充分性，提高飛行的準備質量，保障飛行安全。同時也進一步提高軍隊信息化建設水平。

2 軟件計算原理

1)速度時間距離換算公式：

式中S、W、t分別為距離、速度、時間。

2)由觀測角、真高求偏航距離

垂直觀測角(ZG)：觀測線同鉛垂線之間的夾角(觀測線是觀察者和觀測點之間的連線)；

真高(H真)：以飛機正下方地面為基準的高度，即飛機到其正下方地面的垂直距離；

偏航距離(Sp)：飛機偏離航線的距離。

如圖1 所示，從圖中可以看出偏離距離與真高之間的關系為：

圖1 求偏航距示意圖

3)按PI系數修正航跡

偏離角(PI)：原航線和新航線之間的夾角即為偏離角；

偏離角系數(CPI)：偏航一千米時對應偏離角的度數；

未飛距離(S未) ：飛機位置與預定點間沿航線方向上的距離。

按PI系數修正航跡指的是：從飛機的實際偏航位置開始，確定新的航線，通過PI，求出新的航線角和應飛航向，使飛機沿新航線飛往預定點，具體過程如圖2所示。

圖2 按偏航距離求偏離角

從圖中可以看出：

偏離角度一般都比較小，因為小角度的正切函數值，約等于該角度的函數值，將弧度變為度，式(3)可寫成：

不難發現當S未確定后，60°S未是一個常數，即為偏離角系數(CPI)，將式(4)整理得：

得知偏離角系數后，根據偏航距離即可得到偏離角進行改航，按PI修正航跡具體如圖3所示。

圖3 按PI角修正航跡

由圖3可得，新航線上的應飛航向計算公式為:

4)求切入下邊航線提前量

飛機在轉彎過程中，重力在水平方向上的分力為飛機提供轉彎的向心力：

式中，g = 9.8 m s2= 127 × 103km h2，γ為轉彎坡度，對公式進行整理后可知轉彎半徑為：

求切入下邊航線提前量其實就是由飛行速度及轉彎坡度計算轉彎半徑，再根據轉彎角度進而計算出切入下邊航線提前量，具體如圖4所示。

圖4 求轉彎提前量示意圖

對飛機的轉彎過程進行分析不難發現，轉彎提前量與半徑之間成正切關系：

式中α為轉彎角度，進一步整理可得：

3 程序設計

3.1 軟件總體設計

該軟件的設計是使用基于Android系統的開發軟件AIDE，設計的在移動終端設備上使用的手機App。軟件框架結構如圖5所示，主要包括輸入模塊、顯示模塊和計算模塊三個部分。

圖5 系統總體框架

3.2 功能模塊分析

1)輸入模塊

如果要完成航線基本點程序的相關計算，首先需要用戶進行數據輸入，軟件所有相關數據可以通過智能設備的觸屏直接進行輸入，這一功能由可以支持觸屏輸入的編輯框Edittext 來提供支持。輸入模塊的主要任務是在各參數編輯框輸入參數并實現計算的監聽，換言之就是當用戶點擊按鈕的時候監聽器會去調用相應的處理方法，流程見圖6。

圖6 輸入模塊流程

2)計算模塊

系統要實現整個的計算功能，實現其真正的意義，那么計算模塊就是整個系統的核心模塊，沒有計算模塊系統就無法順利地完成相關計算，也就無法達到用戶的需求。因此，計算模塊的設計就是該系統的設計重點。若系統想要快速地處理用戶的輸入，并且準確完成航線基本點程序的相關計算，計算模塊的相關設計就顯得尤為重要。當輸入模塊的監聽傳到計算模塊中時，計算模塊就要根據相應的方法進行進一步的處理，該模塊主要是對輸入進行邏輯判斷和調用相應的計算公式，在內部完成計算，然后輸出用戶需要的內容，計算模塊的流程圖見圖7。

圖7 計算模塊流程

3)顯示模塊

顯示模塊主要用于完成描述計算器的顯示區，用戶最終的計算結果和一些其他信息通過該區域進行顯示，同時該模塊還將提供調用和設置顯示的具體方法見圖8。

圖8 顯示模塊流程

3.3 軟件界面UI設計

航線基本點相關計算軟件采用的是基于JAVA語言的移動端Android App 開發軟件——AIDE 設計與實現，界面簡單實用，沒有冗余頁面[8-12]。如圖9所示。

圖9 航線基本點計算軟件界面

軟件界面從上向下依次為距離輸入框、時間輸入框、未飛距離輸入框、觀測角輸入框、真高輸入框和計算按鈕，最后為結果輸出框，一個界面即可完成航線基本點程序設計到的所有計算，用戶輸入相關參數后，通過單擊計算按鈕，即可得出所需要的相關數值。

4 軟件應用舉例

本軟件僅采用了基于Android的UI設計和少量的JAVA語句，將航線基本點計算包括根據距離和時間求應飛速度、根據觀測角和真高求偏航距離、根據偏航距離求取偏離角系數、根據轉彎速度角度和坡度求轉彎提前量等4 部分計算功能集成到一個App 里，適用于平時航線基本點的計算，以及在執行飛行任務時解決實施航線基本點的快速計算。

求應飛速度、偏航距離、偏離角系數為一個軟件界面，操作時只需輸入相應參數，然后點擊計算按鈕即可獲取結果。當輸入航線距離45km、飛行時間5分30秒、未飛距離35km、觀測角36度、真高4km，點擊“計算”鍵后，計算結果如圖10所示。

圖10 航線基本點計算

從圖中可知：地速約為491km、偏航距離約為2.9km、偏離角系數約為1.7，所有計算結果與領航計算尺得到的結果一致，但計算明顯快捷、方便了許多。

求切入下邊航線提前量計算時，僅需輸入飛機速度、轉彎角度和轉彎坡度，然后點擊“計算”鍵就可以通過軟件得到所需的轉彎提前量，當輸入飛機速度540km/h、轉彎角度35度、轉彎坡度15度點擊“計算”鍵后，計算結果如圖11所示。

圖11 切入下邊航線提前量計算

從圖中可知：轉彎提前量約為2.7km，所有計算結果與領航計算尺得到的結果一致，但計算明顯快捷、方便了許多。

5 結束語

在科學技術手段不斷發展過程中，計算機技術在各個領域中廣泛應用，計算機軟件也給人們的工作、生活以及學習帶來積極的影響，高效率的計算能力和高精度的計算成為現實需求，傳統心算尺算已較難滿足這一特點，此設計航線基本點相關計算軟件能夠完成速度時間計算、由觀測角和真高求偏航距離、由未飛距離求偏離角系數、求取轉彎提前量的相關計算，可以在一定程度上解決心算尺算速度慢、精度低的問題，滿足現實需求。本軟件經過試用證明，達到了預期的效果，該軟件的研發對提高領航工作效率有著十分重要的意義。